LE DÉPLOIEMENT DE LA FIBRE OPTIQUE FTTH (FIBER TO THE HOME) (Sources : ariase.com : - Reportage chez l opérateur historique Orange cogisys.fr : - Étude menée en 2014 à la demande de l ARCEP - mémo sur les FTTH ) Le réseau de distribution (téléphonique et Internet) à support cuivre est appelé à extinction à moyen terme, au profit des réseaux optiques à très haut débit. (Consulter le rapport remis début 2015 par Paul Champsaur au Ministre de l Économie et du Numérique sur le sujet : http://www.arcep.fr/fileadmin/uploads/tx_gspublication/rapport-final-paul-champsaur_2014_01.pdf ) Répartiteur ADSL cuivre, voué à la disparition au profit de la fibre optique Les opérateurs et (ou) les collectivités locales et (ou) nationales ont déjà déployé la fibre optique pour leurs réseaux de collecte régionale et(ou) de liaisons nationales et internationales, et ce, depuis plusieurs années. Aujourd hui, les réseaux optiques arrivent tout naturellement en périphérie de ces structures et jusqu à l abonné, où les besoins grandissant en bande passante se font sentir (TV HD et bientôt UHD, applications de jeu en ligne, partage de fichiers, multiplicité des ordinateurs dans un même foyer, visioconférence, applications temps réel...) Ce document présente le déploiement de ces réseaux de desserte optique, désignés par le terme générique FTTx, où x peut désigner la lettre B, C, H, N, O, U, tel que défini plus loin dans le texte. Fibres optiques actuelles : Diamètre 125µm (moins de 10µm pour le coeur) quelques gr/m, bande passante typique de 2,5Gbit/s, atténuation 0,3dB/km... Déploiement de la fibre optique page 1 Claude Lahache
1. Introduction aux réseaux de fibre optique. Les réseaux FTTx peuvent être classés en deux grandes catégories : 1.1. Les réseaux de desserte optique jusqu à un point de distribution. La fibre optique est déployée jusqu au point de distribution (entrée d une zone d activité, quartier résidentiel...), puis le raccordement final des usagers est réalisé par une autre technologique (câble, ADSL, réseaux hertzien, ). Le point de distribution peut être situé au niveau : D un NRA (noeud de raccordement d abonnés, anciennement appelé «central téléphonique») ou d une station de base (Wi-Fi, Wi-Max). On parle de FTTN (Fiber to the Node). D un sous répartiteur (une armoire de rue). On parlera de FTTC (Fiber to the Cabinet ou Fiber to the Curb), Du dernier amplificateur, dans le cas des réseaux des câblo-opérateurs. Il s agit de FTTLA (Fiber to the Last Amplifier). 1.2. Les réseaux de desserte optique jusqu à l usager. On distingue : Les réseaux de desserte optique déployés jusqu au bâtiment d une entreprise, ou au pied d un immeuble (FTTO / FTTB, pour Fiber to the Office / Building). La desserte interne de l entreprise ou de l immeuble est ensuite réalisée généralement via un réseau «cuivre». Les réseaux de desserte optique jusqu au foyer de l abonné (FTTU / FTTH, pour Fiber to the User /Fiber to the Home). Ce document s intéresse aux réseaux FTTU / FTTH. Déploiement de la fibre optique page 2 Claude Lahache
2. Architectures des réseaux FTTH 2.1. Topologies de desserte FTTH Les réseaux FTTH sont structurés en plaques, organisées autour d un Nœud de Raccordement Optique (NRO). Le NRO a un rôle équivalent dans le réseau de desserte optique à celui réalisé par le NRA dans la boucle locale cuivre. Il s agit d un local technique abritant les équipements actifs de l opérateur et concentrant les paires de fibres optiques provenant des usagers. Un NRO peut desservir plusieurs milliers, voire dizaines de milliers de foyers. Dans la topologie du réseau de l opérateur, le NRO marque la frontière entre son réseau de collecte (en amont) et son réseau de desserte (en aval). Sous sol d un NRO Orange Répartiteur optique On distingue deux principaux types d architecture FTTH : L architecture Ethernet point à point (P2P), pour laquelle une fibre optique par abonné est déployée, du NRO jusqu au foyer de l usager. En France, seul Free met en oeuvre cette architecture. L architecture point-multipoint (P2M) ou PON (Passive Optical Network), basée sur différents standards, (GPON, EPON) et pour laquelle une fibre optique issue du NRO peut desservir plusieurs abonnés. Orange, SFR et Bouygues utilisent cette technique. Déploiement de la fibre optique page 3 Claude Lahache
2.2. Architecture P2P. Chaque usager est raccordé au NRO par une fibre propre. Cette architecture nécessite un investissement initial important mais sa gestion est simplifiée : gestion souple de la qualité de service (débit) vis à vis du client. Mais si, en théorie, la technologie P2P permet à chaque usager de bénéficier d un débit très élevé (100 Mb/s ou plus), dans la pratique, ce débit va dépendre des capacités des liaisons de l opérateur en amont du commutateur Ethernet situé dans le NRO!! 2.3. Architecture PON. L architecture PON consiste à partager une fibre optique sur une portion plus ou moins longue du réseau, puis de la diviser en plusieurs fibres, sur des distances courtes, afin de desservir plusieurs abonnés. Les équipements actifs au niveau du NRO (ou OLT : Optical Line Terminal) disposent de ports PON permettant d émettre/recevoir des flux à/vers plusieurs équipements terminaux d abonnés (ou ONT : Optical Network Terminal) sur une unique fibre optique. Ces équipements actifs (OLT et ONT) sont des convertisseurs électriques / optiques. Des coupleurs optiques (équipements passifs de petite taille hébergés dans les boîtiers d épissurage), déployés le long du parcours, permettent de séparer le signal dans le sens descendant et de le combiner dans le sens montant. Point d éclatement GPON : Cassettes d épissurage Déploiement de la fibre optique page 4 Claude Lahache
Les architectures PON peuvent être organisées en étoile, en arbre ou en bus. La structure en arbre étant la plus fréquente : Dans les structures GPON (Gigabit Passive Optical Network) développées en France par Orange notamment, chaque fibre tirée depuis le NRO alimente au maximum 64 abonnés. Les différents câbles optiques contiennent de 48 à 144 fibres. Un seul câble issu du NRO peut alimenter en théorie plusieurs milliers d abonnés! Le standard GPON (reposant sur le protocole Ethernet) offre un débit maximal de 2,5 Gbit/s (sens descendant) et 1,25 Gbit/s (sens montant) par port, partagé pour un maximum de 64 abonnés, sur une distance de 60 km environ. Le débit descendant par abonné sera donc typiquement supérieur à 30 Mbit/s, c est à dire plus de 2 à 3 fois le débit moyen constaté en ADSL. Cartes de raccordement au niveau du NRO (doc. Orange) Déploiement de la fibre optique page 5 Claude Lahache
2.4. Le partage de la fibre entre abonnés (architecture PON) Le mécanisme permettant de séparer ou combiner le signal sur la même fibre optique est réalisé : Par multiplexage en longueurs d ondes, pour séparer le signal montant du signal descendant. (1550 nm pour le sens descendant et 1310 nm pour le sens montant) Par la diffusion du signal dans le sens descendant, avec un mécanisme d adressage de l équipement terminal destinataire (ONT : Optical Network Terminal). Ainsi, tout signal émis par un port de l OLT est reçu par tous les ONT rattachés à ce port. Le mécanisme d adressage permet à l ONT destinataire de sélectionner le trafic qui lui est adressé. Par partage de la bande passante dans le sens montant, via une allocation de ressources réalisé par l OLT (chaque ONT ayant un slot de temps alloué pour émettre des données). BTA : ONT : Terminal de ligne optique Terminal utilisateur Le partage de la fibre optique en PON Déploiement de la fibre optique page 6 Claude Lahache
3. Mutualisation de la partie terminale. Plus de la moitié du coût de réalisation d un réseau FTTH dépend de la construction des infrastructures, notamment dans la partie terminale du réseau. La Loi de Modernisation de l Économie (LME) du 4 août 2008 a adopté le principe de mutualisation, qui oblige l opérateur, chargé d installer la fibre dans un immeuble, à donner accès à son réseau, aux opérateurs tiers, dans des conditions non discriminatoires. (Ce principe permet de modérer les coûts et de limiter les interventions sur le domaine privé) 3.1. La boucle locale optique. Elle peut être structurée en 3 segments : Le réseau de distribution, situé entre le NRO et le dernier local technique de l opérateur situé sur le domaine public (il peut s agir par exemple, d une chambre de raccordement) L adduction en domaine privé, entre la dernière chambre de raccordement et le local technique du logement, situé sur le domaine privé. Le local technique peut être un local à usage privatif (cas d une résidence individuelle) ou un point de raccordement collectif (cas d un immeuble) La desserte interne dans le cas d un immeuble collectif, comprenant la colonne montante à l intérieur de l immeuble et le raccordement des logements. A l intérieur des immeubles d habitation, les opérateurs déploient en général leur réseau optique en deux étapes : 1. La colonne montante qui dessert chaque étage à partir d un boîtier d étage, 2. Le raccordement des foyers, depuis le boîtier d étage jusqu au logement de l usager, réalisé progressivement en fonction des abonnements souscrits. Le réseau de distribution et l adduction en domaine privé sont également nommés «déploiement horizontal», tandis que la desserte interne des immeubles est appelés «déploiement vertical» Déploiement horizontal Déploiement vertical Structure de la boucle locale optique Déploiement de la fibre optique page 7 Claude Lahache
3.2. Le point de mutualisation. Le point de mutualisation sépare les différents réseaux d opérateurs déployés sur le domaine public et l infrastructure unique qui dessert un immeuble. En amont du point de mutualisation, chaque opérateur dispose de son réseau de desserte en fibre optique, soit via une infrastructure propre, soit en achetant du service (fibre noire ou bande passante) à un opérateur d opérateurs. En aval du point de mutualisation, un seul réseau de fibre optique est déployé, typiquement celui du premier opérateur desservant un usager, et mutualisé à tous les opérateurs souhaitant offrir des services aux usagers. Mutualisation de la partie terminale : Localisations du point de mutualisation Le point de mutualisation peut être situé sur le domaine privé, en pied d immeuble par exemple, dans le cas des zones très denses, telles qu elles sont définies par l ARCEP. Il sera situé plus en amont du réseau dans les zones peu denses, de façon à desservir un plus grand nombre d usagers, et dans le but de minimiser les coûts pour les opérateurs. Point de mutualisation dans le sous sol d un immeuble (cas des zones très denses) Boîtier de raccordement immeuble Déploiement de la fibre optique page 8 Claude Lahache
3.3. Du point de mutualisation à l usager. Bien que les réseau horizontaux (dans la rue) soient de type GPON (point à multipoints) et P2P (point à point), le réseau vertical (dans l'immeuble) est obligatoirement de type point à point (P2P). Depuis le PMI (point de mutualisation d immeuble), on a donc forcément un abonné par fibre. A ce niveau, plusieurs solutions coexistent (actuellement) : En zones peu denses, ou dans le cas de logements anciens, le réseau d immeuble est mono fibre (1 seule fibre par usager) Pour les immeubles neufs (permis de construire déposé depuis le 1 er avril 2012), un réseau optique est obligatoirement déployé jusqu à chaque appartement (ou local professionnel) ; le réseau peut être mono fibre ou bien à 4 fibres par usager potentiel, si l immeuble comprend plus de 12 appartements et locaux professionnels et est situé dans une des 148 communes de France définies comme zones très denses par l ARCEP. Pour tout immeuble ancien de plus de 12 appartements, situé en zone très dense, tout opérateur (intervenant à la demande du syndic ou d un futur usager) devra câbler 4 fibres par appartement, depuis le PMI. (Consulter à ce sujet la loi de modernisation de l'économie d août 2008, ainsi que l arrêté d application de l'article R111-14 du Code de la Construction et de l Habitation, adopté le 16 décembre 2011 et modifié par l arrêté du 17 février 2012) Chez l usager, se trouve enfin le PTO (point terminal optique) ; ce boîtier lui permet de raccorder ses équipements (box en général) au réseau optique, via une jarretière. PTO mono fibre PTO quadri fibres Jarretière (connecteur vert côté PTO, connecteur bleu côté ONT) Déploiement de la fibre optique page 9 Claude Lahache
4. Techniques de raccordement. Le montage de connecteurs sur le terrain Le technicien dénude la fibre, l insère dans un connecteur et la fixe par collage ; dans un dernier temps, il procède au polissage de la face d entrée, puis au nettoyage, afin de minimiser les pertes optiques. (Les connecteurs ne doivent pas introduire plus de 0,5 db de pertes optiques). La soudure fibre optique ou épissurage par fusion Le raccordement par soudure intègre toujours la préparation du câble afin d accéder aux fibres optiques et de permettre leur câblage. Il va permettre la connexion de deux fibres en les fusionnant grâce à un arc électrique. Le principal équipement nécessaire est une soudeuse fibre optique et la cliveuse associée. Cette dernière permet de couper la fibre avec un angle précis de 90. Cet outil est indispensable pour que les deux fibres à connecter aient un angle de coupure identique (optimisation des pertes). Cliveuse pour fibre optique (fiber cleaver) La soudeuse fibre optique existe selon deux principes : L alignement cœur à cœur et l alignement gaine à gaine. L alignement cœur à cœur est privilégié pour la fibre monomode. Il optimise en effet les pertes associées. L alignement gaine à gaine est principalement utilisé pour les applications en fibre multimode. Les performances associées sont moindres mais permettent d utiliser des équipements moins onéreux. Le technicien positionne les 2 extrémités à raccorder. L alignement est contrôlé au µm près sur un écran incorporé. Il déclenche enfin l arc électrique qui provoque la soudure des 2 fibres. L appareil affiche enfin une estimation des pertes apportées par la soudure. (Limitées en pratique à 0,25 db) Déploiement de la fibre optique page 10 Claude Lahache
L épissurage mécanique L épissurage mécanique désigne un alignement des gaines de deux fibres optiques sans connecteur, avec un maintien en position. Cette technique est rarement utilisée sauf dans quelques cas de maintenance. Outre les outils de préparation de câble, cette technique nécessite une cliveuse et une épissure mécanique. L épissurage mécanique s adapte à tous les types de fibre optique (monomode et multimode). (Les pertes par épissurage mécanique doivent rester inférieures à 0,5 db) 5. Bilan de la liaison optique. A l issue des raccordements et de l installation, il convient de vérifier l ensemble des prestations : qualité de la fibre, pose du câble, composants de la liaison. La mesure en fibre optique comprend deux types de méthodes : - la mesure par insertion - la mesure par réflectométrie La méthode d insertion Cette méthode utilise un mesureur de puissance (ou radiomètre ou power meter) et une source calibrée. Elle permet de mesurer une perte en db entre la source et le récepteur. Cette méthode n est employée que sur courtes distances (quelques dizaines de mètres) Source laser calibrée Mesure de puissance (Si la liaison à tester est déjà reliée au réseau, le mesureur de puissance affichera le niveau en dbm du signal optique reçu) La méthode par réflectométrie La mesure sur fibre optique, par réflectométrie, permet aux constructeurs de réseaux de valider leur prestation auprès de leurs clients. Cette méthode, qui se traduit par une courbe, permet de : - localiser et valoriser chaque événement (fibre, soudure, connecteur ) - vérifier les réflectances des connecteurs - rechercher des défauts (cassures, pliures ) Déploiement de la fibre optique page 11 Claude Lahache
Le réflectomètre ou OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) est un appareil qui injecte dans la fibre à tester une suite d impulsions optiques calibrées et analyse les échos reçus. Il affiche le résultat sous la forme d une courbe atténuation-distance qui a l allure ci-dessous : Niveau (db) réflectance de la face de sortie) connexions (soudures) Longueur totale de fibre (1200 m) Distance (m) Interprétation des événements aux connexions : Réflectance La perte due à une connexion est significative de la qualité des composants qui permettent cette connexion La hauteur du pic indique la réflectance : Plus il est haut plus la connexion «réfléchit» et aura une mauvaise valeur de réflectance. Les mesures nécessitent des bobines amorces et des bobines de fin et doivent être menées dans les 2 sens de propagation. (Pour plus de détails sur la réflectométrie optique et la certification des liaisons, consulter : http://www.rdm.com/fr-fr/portaldata/1/resources/fra/doc/guide_des_mesures_avec_un_r_flecto_rm_septembre 2013.pdf) Déploiement de la fibre optique page 12 Claude Lahache